プラズマエッチングにおけるナノメートル層ダメージ形成の機構解明と制御

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デバイスの微細化に伴い、プラズマエッチングの際に生じる数ナノメートル程度のダメージの存在がデバイス特性を劣化させるものとして無視できないものとなっており、これからの微細化プロセスの開発はダメージ形成機構も解明する必要がある。プラズマエッチング起因するダメージは様々なものがあるが、半導体材料であるSiおよび磁性体材料であるCoおよびFe表面に形成されるダメージ層は素子特性劣化の原因となる。本研究では、イオンビーム装置を用いてフラックスおよびエネルギーを制御したイオンビーム照射を行ない、エッチングイールド、反応生成物測定および表面分析を通して、イオン照射時に表面で起きている反応(主にダメージ生成に関する反応)を明らかにした。プラズマエッチングにおけるSi表面のダメージ生成に関しては、水素イオンビーム照射実験の結果から、水素イオン照射によるダメージ層の深さは、入射角度に依存せず、Si結晶の奥深くまでダメージが形成されることを明らかにした。また、SiFx^+照射によるSiのエッチングイールド測定から、入射イオンに含まれるハロゲン原子の数が多いほど高いイールドを示し、また、Siイオンのみ照射によりSi表面に堆積が起きることから、入射イオンに含まれるSi原子がSi表面にデポジションすることでイールドが低下することを明らかにした。CH_3OHプラズマ中の活性種(CO^+イオン)照射による磁性材料(Co, Ni)のエッチング特性および酸化反応メカニズムの解明に関しては、物理的スパッタによりエッチングが進行していることを明らかにした。以上のような材料種や反応種毎のエッチングイールドやイオンビーム照射による表面分析の詳細な基礎データを取得は、プラズマと固体表面の反応の理解に必要不可欠であり、エッチング形状シミュレーションやダメージ低減プロセスの開発への提言が可能になると考えられる。